Hallo!
Was ist der Unterschied zwischen einem normalen und einem virtuellen Teilchen?
Florian
Hi!
Normale Teilchen gibt es.
Virtuelle Teilchen stellt man sich nur vor.
Bezzi
Hi!
Supi, was soll das heißen? Das Ein elektromagnetisches Kraftfeld z.B. wenn man es sich als „Wolke“ virtueller Photonen vorstellt, „besteht“ also gar nicht aus Photonen es paßt bloß rein rechnerisch so gut?! 
Florian
Ein Teilchen ist virtuell, wenn keine Information über seine Existenz an den Beobachter dringt.
Das wohl bekannteste Beispiel ist das Photon aus dem Doppelspaltexperiment. Es gibt ein virtuelles Photon, das durch den ersten Spalt fliegt, und gleichzeitig ein anderes virtuelles Photon, das durch den zweiten Spalt fliegt. Da es für einen Beobachter keine Möglichkeit gibt, den „richtigen“ Spalt herauszufinden, sind beide Photonen vorhanden, aber virtuell.
Sobald das Photon eine Spur hinterlässt, z.B. Streuung an einem Staubteilchen hinter dem Doppelspalt, wird Information über das Photon „erzeugt“.
Im Grenzfall einer unendlich weiten Entfernung des Streuereignisses von Doppelspalt und einem klassischen (nicht quantenmechanischen) Staubteilchens ist der Impult des Photons
durch Messung am Staubteilchen bestimmbar. Das Photon ist dann real.
Zusammenfassend kann man sagen, dass es in der Quantenmechanik eigentlich nur virtuelle Teilchen gibt. Reale Teilchen kommen erst mit der Kopenhagener Deutung der QM ins Spiel, d.h. durch Messung mit einem klassischen, nicht-QM Messapparat.
Grüße,
Semjon.
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Hi!
Danke, das war sehr informativ . Warum sind denn bei Kraftfeldern ( EM ) z.B. immer ( die Betonung liegt auf immer ) die Photonen virtuell?
Florian
Man kann grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Arten von Teilchen unterscheiden. Einmal Quarks, Leptonen und Higgs, die man als Materieteilchen bezeichnet. Und dann Photon, W und Z Boson, Gluonen (und das Graviton), die Wechselwirkung vermitteln.
Wie ich schon im vorherigen Posting erklärt habe, ist ein reales Teilchen ein Grenzfall eines virtuellen Teilchens. Es ist dann sinnvoll, ein Kraftfeld einfach als Summe aller virtuellen Wechselwirkungsteilchen zu definieren. Die Summe geht über alle Konfigurationen von Teilchen, die mit den Gesetzen der Quantenmechanik und den geforderten Erhaltungssätzen konsistent sind. (Streng genommen müsste man auch virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Loops von Materieteilchen zulassen, also die sogenannte Vakuumpolarisation)
Ein Photon dagegen, dass auf deine Netzhaut trifft, enthüllt Information über Wellenlänge und Richtung. Es ist damit per Definition ein reales Photon.
Dabei muss man beachten, dass entweder
a) die Lichquelle unendlich entfernt ist oder
b) die Lichquelle klassisch (nicht-QM) ist,
damit keine Unschärfe für die Richtung des Photons besteht.
Vom Standpunkt der Maxwellgleichungen ist die Sache nicht ganz so klar. Die Maxwellgleichungen sind klassische Gleichungen. Dennoch kann man hier (in gewissen Grenzen) zwischen realen und virtuellen Teilchen unterscheiden. Reale Teilchen werden durch Wellen beschrieben, virtuelle Teilchen durch statische Felder.
Bei den Wellenlösungen hat man ähnlich wie in der QM das Problem, dass man Ort und Impuls nicht gleichzeitig scharf festlegen kann.
Da der Impuls und die Energie einer ebenen Welle exakt definiert ist (im Gegensatz zu einem Wellenpaket), identifiziert man diese mit einem realen Photon. Dass über den Aufenthaltsort nichts ausgesagt werden kann, ist etwas verwirrend, und wird gewöhnlich dadurch erklärt, dass man den Beobachter an einen Punkt in unendlicher Entfernung in Zeit und Raum vom Experiment positioniert.
Ein reales Photon erfüllt die Einsteinsche Beziehung E=pc. Dies garantiert nach den Gesetzen der relativistischen QM eine unendliche Reichweite, muss also klassisch durch eine Welle beschrieben werden.
Ein virtuelles Photon erfüllt diese Beziehung im Allgemeinen nicht. Man kann mit solchen Photonen eine endliche Ruhemasse identifizieren. Dies hat eine endliche Reichweite zur Folge und das 1/r^2 Kraftgesetz. Da die Reichweite endlich ist, ist die klassische Beschreibung eine statische Feldkonfiguration.
Jetzt kann man einfach definieren: Alle Wirkung, die von
statischen Feldern ausgeht, wird Kraft genannt. Alle andere Wirkung wird reales Teilchen genannt.
Ich hoffe ich habe nicht zuviel verwirrt und auch nicht zu sehr vereinfacht.
Viele Grüße,
Semjon.
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Hallo Florian
Was ist der Unterschied zwischen einem normalen und einem
virtuellen Teilchen?
Ich bin etwas anderer Ansicht als Semjon, auch wenn meine Antwort in eine ähnliche Richtung geht.
Der Hintergrund von virtuellen Teilchen besteht in den folgenden Faktoren:
-
Ein reales Teilchen entspricht einer gewissen Menge an Energie (z.B die Ruhemasse oder bei Photonen, die Frequenz)
-
Ist genügend Energie verfügbar (z.B. aus einer Kollision oder in einem EM-Feld), dann kann mit dieser Energie eine Paarerzeugung stattfinden und ein Teilchen und sein Antiteilchen real erzeugt werden. In diesem Fall benötigt man also doppelt so viel Energie wie für ein einzelnes Teilchen.
-
Ist NICHT genügend Energie verfügbar, dann kann diese Paarerzeugung nicht stattfinden. Aber aus der Quantenmechanik ist die Heisenbergsche Unschärferelation bekannt. Nach dieser sind Energie und Zeit komplementäre Grössen und können nicht gleichzeitig beliebig genau gemessen werden.
Mit Hilfe der Unschärferelation ist es nun möglich, auch dann eine Paarerzeugung stattfinden zu lassen, wenn nicht genügend Energie zur Verfügung steht. Man verbraucht dabei sozusagen mehr Energie als zur Verfügung steht. „Damit das keiner merkt“ kann dies nur in einer so kurzen Zeit geschehen, wie die Unschärferelation vorgibt. Danach muß das Paar wieder verschwinden und die „geliehene“ Energie zurückgeben.
Übersetzt heisst das, daß für sehr kurze Zeit das Paar also da ist, aber eben nicht real (dafür reicht die Energie ja nicht), sondern virtuell. Das bedeutet nicht, daß diese virtuellen Teilchen nicht messbare Konsequenzen haben. Der bekannteste Effekt dürfte der Casismir-Effekt sein, der auf das Vorhandensein dieser Wolke von virtuellen Teilchen zurückzuführen ist (denn die virtuelle Paarerzeugung passiert nicht nur einmal, sondern ständig)
Die von Semjon erwähnte Unsicherheit, welchen Weg QM-Teilchen zurücklegen, hat auch mit der Unschärferelation zu tun und ist damit mit diesem Phänomen verknüpft, aber Semjon bezieht sich auf die Komplementarität von Ort und Impuls, während ich mich auf die von Energie und Zeit beziehe.
Gruß
Thomas
Hi!
Nein, war super, dafür gibt’s ein Sternchen 
…
Florian
Hi!
Auch dir noch mal herzlichen Dank!
Wo du schon den Casimier - Effekt ansprichst: Wodurch entsteht eigentlich die Kraft, die die Platten zusammendrückt(?), naja jedenfalls aufeinander zubewegen läßt?
Florian
Ursache Casimir-Effekt
Hi Florian,
das wird hier
http://www.allmystery.de/raum_zeit/wurmloecher/casim…
ganz gut erklärt!
Gruß,
Nina
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Hi!
Danke, ist eine tolle Seite. Kannst du mir vielleicht noch mal ergänzend sagen, was mit „nicht alle Wellen passen zwischen die Platten“ gemeint ist?!
Florian
… was mit „nicht alle Wellen passen zwischen die Platten“ gemeint ist?!
für nur einige Wellenlängen ist der Plattenabstand ein ganzzahliges Vielfaches.
Gruß
Metapher (und sorry fürs einmischen)
Metapher (und sorry fürs einmischen)
Macht nix! Ich hätte gestern abend sowieso keine Möglichkeit zum Antworten mehr gehabt!
Gruß,
Nina